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太陽能光伏發電原理

光生伏打效應在液體和固體物質中都會發生，但是只有固體（尤其是半導體PN結器件）在太陽光照射下的光電轉換效率較高。利用光生伏打效應原理制成晶體硅太陽能電池，可將太陽的光能直接轉換成為電能。太陽能光伏發電的能量轉換器是太陽能電池，又稱光伏電池，是太陽能光伏發電系統的基礎和器件。太陽能轉換成為電能的過程主要包括3個步驟：

(1)太陽能電池吸收一定能量的光子后，半導體內產生電子一空穴對，稱為“光生載流子”，兩者的電極性相反，電子帶負電，空穴帶正電。

(2)電極性相反的光生載流子被半導體PN結所產生的靜電場分離開。

(3)光生載流電子和空穴分別被太陽能電池的正、負極收集，并在外電路中產生電流，從而獲得電能。

太陽能光伏發電原理如下圖所示。當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量傳遞給硅原子，使電子發生躍遷，成為自由電子，在PN結兩側集聚形成電位差。當外部電路接通時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是光子能量轉換成電能的過程。

太陽能是取之不盡的可再生能源。

根據計算，一年內到達地球表面的太陽能總量折合標準煤共約1.892x10^24噸，是目前世界主要能源探明儲量的1萬倍。太陽的壽命至少尚有40億年，相對于人類歷史來說，太陽能可源源不斷供給地球的時間可以說是的，這就決定了開發利用太陽能將是人類解決常規能源匱乏、枯竭的途徑。

對環境沒有污染。

太陽能像風能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發利用時幾乎不產生任何污染，加之其儲量的性，是人類理想的替代能源。由于傳統化石燃料（煤、石油和）在使用過程中排出大量的有毒有害物質，會對水、土壤和大氣造成嚴重污染，形成溫室效應和酸雨，嚴重危害人類的生存環境和身體健康，因此急需開發出新的比較清潔的替代能源，而太陽能作為一種比較理想的清潔能源，正受到的日益重視。

能量轉換環節少。

從能量轉換環節來看，太陽能光伏發電是直接將太陽輻射能轉換為電能，在所有可再生能源利用中，太陽能光伏發電的轉換環節少、利用直接。一般來說，在整個生態環境的能量流動中，隨著轉換環節的增加、轉換鏈條的拉長，能量的損失將呈幾何級增加，并同時大大增加整個系統的建設、運行成本和不穩定性。目前，晶體硅太陽能電池的光電轉換效率實用水平為15%-20%,實驗室高水平已達35%。

經濟、環保。

從資源條件尤其是土地占用來看，生物能、風能是較為苛刻的，而太陽能利用則很靈活。如果說太陽能光伏發電占用土地面積為1,風力則是太陽能的8-10倍，生物能則達到100倍。就水電而言，一個大型水壩的建成往往需要淹沒數十平方公里到上百平方公里的土地。相比而言，太陽能發電不需要占用更多的土地，屋頂、墻面都可成為太陽能光伏發電利用的場所，還可利用我國廣闊的沙漠，通過在沙漠上建造太陽能光伏發電基地，直接降低沙漠地帶直射到地表的太陽輻射，有效降低地表溫度，減小蒸發量，進而使植物的存活和生長在相當程度上成為可能，穩固并減少沙丘，又向大自然索取了所需的清潔可再生能源。